新催化劑施援手 助鋅空氣電池性能更優

鋅空氣電池因具有較高的理論比容量和良好的安全性，受到科研工作者的廣泛關注。近日，雲南大學材料與能源學院郭洪教授團隊通過增強電池陰極的氧氣還原反應的方法，改善了鋅空氣電池性能，這意味著我國科研人員在新能源存儲材料領域取得了新的進展。相關成果發表在國際著名期刊《儲能材料》上。

此前，緩慢的陰極氧氣還原反應動力學嚴重限制了鋅空氣電池在實際生産生活的應用。同時，鉑基氧氣還原反應催化劑的高昂價格，也促使人們去開發低成本高性能的催化劑。目前，許多工作已經證明具有“鐵—氮”結構的材料具有出色的陰極氧氣還原反應活性。然而平面四邊形結構的催化活性部分，在陰極氧氣還原反應過程中總是會變為貧電子區域，最終降低陰極氧氣還原反應的效率。引入富電子載體來提高催化劑的陰極氧氣還原反應性能是一種較為常見的策略，但金屬中心的本徵活性，以及催化劑活性位點與載體之間的協同作用總是被人忽略。因此，想進一步了解氧電催化過程，應深入研究催化劑內部的原子軌道相互作用以及電荷傳輸行為。

基於當前的研究基礎以及未來面臨的問題，郭洪教授團隊以還原氧化石墨烯為供電子載體、酞菁鐵分子為反應位點，通過濕化學方法一步製備出負載型的陰極氧氣還原反應催化劑。這一方案可同時實現對催化劑活性位點電荷密度以及鐵離子3d層電子結構的調控。這種催化劑不僅在鹼性介質中表現出優於商業鉑碳催化劑的陰極氧氣還原反應性能，而且由這種催化劑驅動的鋅空氣電池也展示出一定的實際應用潛力。催化劑活性位點內外部雙重優化的策略，可為氧電催化劑的機理研究提供一定的思路與見解。

此項研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目、雲南省科技廳和雲南大學聯合重點基金等科研創新項目的支援。